Caracterización de unidades de medición inercial (IMUs) en estática y dinámica

Abstract

En la actualidad, para efectuar análisis y mediciones en el campo del movimiento humano, se hace uso de sistemas basados en unidades de medición inercial (IMUs, por sus siglas en inglés). Una IMU posee acelerómetros, giroscopios y brújulas en su interior, por lo que permite medir y reportar cambios de posición y velocidad asociados con fenómenos de peso experimentados por una masa de prueba que se encuentra en el marco de referencia del dispositivo. Con el fn de caracterizar el sistema basado en IMUs de la empresa Technaid SL, existente en la Facultad Tecnológica de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá, Colombia, se propuso generar resultados de su comportamiento de manera estática y dinámica; para ello, se obtuvieron datos a partir de la toma de muestras, siguiendo un protocolo establecido; posteriormente se realizó el estudio de los datos por medio de pruebas estadísticas adecuadas a los resultados; fnalmente se realizó el cálculo de error absoluto, error relativo, repetibilidad y reproducibilidad (datos inexistentes en las características técnicas del equipo y necesarios en investigaciones de movimiento). Este artículo da cuenta del procedimiento realizado para llegar a los resultados de mediciones: se obtuvo un error absoluto de 0,348° en estática y 1,53° en dinámica, lo que permite concluir que los sensores se desempeñan con un margen de error mínimo tanto para situaciones dinámicas como estáticas y, por ende, dan fabilidad para su uso futuro.

Abstract

Currently, systems based on inertial measurement units (IMUs) are used in order to perform analysis and measurements in the feld of human movement. An IMU has accelerometers, gyros and compasses inside, which allow it to measure and report changes in position and speed associated with weight phenomena experienced by a test mass found in the device reference frame. In order to characterize the system based on IMUs of the company Technaid SL, existing in the Technological Faculty of the Francisco José de Caldas District University, Bogotá, Colombia, it was proposed to generate results of its behavior in a static and dynamic way; for this, data was obtained from the sampling, following an established protocol; the study of the data was then performed by means of statistical tests adequate to the results; fnally, the calculation of absolute error, relative error, repeatability and reproducibility (data that did not exist in the technical characteristics of the equipment and required in motion investigations) was performed. This article gives an account of the procedure carried out in order to arrive at the measurement results: An absolute error of 0,348° in static conditions and 1,53° in dynamic conditions was obtained, which allows us to conclude that the sensors perform with a minimum margin of error both for dynamic and static situations and, therefore, ensure reliablity in its future use.

Resumo

Na atualidade, para fazer análises e medidas no campo do movimento humano, o uso de sistemas baseados em unidades de medição inercial (IMUs) é feito. Um IMU possui acelerômetros, giroscópios e bússolas inclusos, permitindo medir e relatar as mudanças de posição e velocidade associadas aos fenômenos de peso experimentados por uma massa de teste que se encontra no quadro de referência do dispositivo. Para caracterizar o sistema baseado em IMUs da empresa Technaid SL da Faculdade Tecnológica da Universidade do Distrito Francisco José de Caldas, Bogotá, Colômbia, foi proposto gerar resultados do comportamento de forma estática e dinâmica; para isso, os dados foram obtidos a partir da amostragem, seguindo um protocolo estabelecido; O estudo dos dados foi portanto realizado por meio de testes estatísticos adequados aos resultados; e depois, o cálculo do erro absoluto, erro relativo, repetibilidade e reprodutibilidade (dados que não existiam nas características técnicas do equipamento e exigido em pesquisas de movimento) foi feito. Este artigo fornece uma descrição do procedimento realizado para conseguir aos resultados das medições: obteve-se um erro absoluto de 0,348 ° em estática e 1,53 ° de dinâmica, o que permite concluir que os sensores executam com uma diferença de erro mínima tanto para situações dinâmicas como estáticas e, portanto, dar confabilidade para o uso future do mesmo.